轉載從: Tech News 科技新報
人體膝蓋的軟骨是相當神奇的東西，堅固的足以承受人的體重的同時，又柔軟的能使關節免受衝擊，長久以來，科學家們一直在尋找能用來取代的人工替代品，在漫長的尋覓及測試後，杜克大學團隊認為它們已經成功找到了。
人體自然軟骨十分神奇，能夠承受人在行走時每一步所帶來的 2-3 倍體重力道，但軟骨的自我修復能力相當有限，一旦過度使用或遭遇創傷，隨著年齡增長將越來越難以治療。
光是美國，每年就有 80 萬例膝關節置換手術，更別提全世界範圍的需求，由於膝關節置換也僅能維持約 20 年的時間，自 1970 年以來，人們就一直在探索人工軟骨的替代品。
在《高級功能材料》（Advanced Functional Materials）的最新論文中，杜克大學材料科學家 Ben Wiley 介紹了團隊所開發出的最新水凝膠材料，能夠像自然軟骨一樣承受拉力、重載等外力，卻不會隨時間流逝而磨損。
水凝膠是一種常見的材料，具有光滑、減震的特性，但由於承重力不足，過去被認為無法被用於膝蓋等關節上，但透過調整水凝膠的材質，杜克團隊成功打造出第一個具有軟骨機械特性的新型水凝膠。
團隊打造的新型水凝膠主要由兩種吸水聚合物交織組成，一個為可拉伸的義大利麵條狀線體，另一個則是更為堅固帶有負電荷的籃子狀結構，由纖維素製成的第 3 種聚合物則負責將所有成分固定在一起。
在拉伸、擠壓兩個關鍵類別中，新型水凝膠都比其他現有水凝膠展現出更好的性能，也是唯一在擠壓、拉伸下都具有軟骨強度的材料。
在一個 10 萬次重複拉動的測試中，新型水凝膠的表現就像用於骨骼植入物的多孔鈦材料一樣良好，而在與天然軟骨共同進行的百萬次摩擦測試中，水凝膠展現出與真實軟骨一樣的耐磨性，甚至比現在已經通過 FDA 批准用於腳大拇指手術的人造軟骨耐用度更高上 4 倍。
但研究人員也提醒，由於團隊目前僅在實驗室培養的細胞上測試了水凝膠的無毒性，還得經過動物實驗的關卡，新型水凝膠要獲准在人體上使用可能還需要 3 年的時間，研究仍有很長的路要走。
儘管如此，這種新材料的前景仍十分樂觀，對於那些長久遭受膝蓋疼痛困擾的人來說也將是一大福音。也許有一天，不需再經歷漫長的復健期或再次置換，關節能夠恢復到原本完整的運作狀態，讓人們能再次重拾自己喜歡做的事。
- There’s Now an Artificial Cartilage Gel Strong Enough to Work in Knees
- From the lab, the first cartilage-mimicking gel that’s strong enough for knees
（首圖為基於凝膠製成的合成軟骨，來源：杜克大學）